UMTS地面無線接入(UTRA)標(biāo)準(zhǔn)最初是以WCDMA為基礎(chǔ)開發(fā)的，后來經(jīng)過不斷演進(jìn)，加入了高速分組接入(HSPA)。第8版3GPP標(biāo)準(zhǔn)包含了針對(duì)HSPA的增強(qiáng)以及E-UTRA，又稱為長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)。LTE是一種基于OFDM技術(shù)的全新空中接口，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更低的延遲、簡(jiǎn)化的純IP網(wǎng)絡(luò)以及更高的頻譜效率，將為用戶和運(yùn)營(yíng)商帶來一系列的優(yōu)勢(shì)。然而，為充分發(fā)掘LTE標(biāo)準(zhǔn)的潛力，首先必須解決一系列設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。幸運(yùn)的是，新的測(cè)試設(shè)備正在開發(fā)中，它將有助于克服這些挑戰(zhàn)。
當(dāng)前的挑戰(zhàn)
目前LTE已不僅僅是一個(gè)概念，開發(fā)人員進(jìn)行了大量工作來完善第8版UMTS標(biāo)準(zhǔn)(圖1)。盡管如此，LTE可供選擇的部署方案還是太多，這或許是早期用戶設(shè)備(UE)設(shè)計(jì)與測(cè)試所面臨的最大挑戰(zhàn)。為支持這些不同的選擇，必須盡快開發(fā)出專用的LTE測(cè)試設(shè)備并投放市場(chǎng)。
圖1：按照計(jì)劃，核心LTE標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)于2008年年初發(fā)布；首次一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)于2008年下半年發(fā)布；到2009/2010年，應(yīng)有一定數(shù)量的支持這些標(biāo)準(zhǔn)的用戶設(shè)備開始進(jìn)行外場(chǎng)測(cè)試。鑒于時(shí)間非常緊張，業(yè)界廠商需要盡快向市場(chǎng)上推出各種測(cè)試設(shè)備。
這些解決方案可以滿足許多特殊的測(cè)試需求，包括：
1. 基帶
當(dāng)前的HSPA設(shè)備性能對(duì)移動(dòng)設(shè)備套件的處理能力提出了極高的要求，但現(xiàn)有的原型HSPA設(shè)備無法滿足這些高數(shù)據(jù)速率的要求，除非連接到干線適配器。LTE的目標(biāo)數(shù)據(jù)速率遠(yuǎn)高于HSPA，這將進(jìn)一步增加了平臺(tái)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。
支持LTE數(shù)據(jù)速率需要非常強(qiáng)大的處理能力，尤其是在處理所有故障和信號(hào)的基帶中。設(shè)計(jì)人員可能會(huì)在用戶設(shè)備端和網(wǎng)絡(luò)端通過PC仿真對(duì)基帶設(shè)計(jì)進(jìn)行建模，也可能對(duì)硬件原型進(jìn)行減速仿真。
2．射頻
目前的3GPP TR 36.803標(biāo)準(zhǔn)列出了11個(gè)定義的頻分雙工(FDD)頻段和6個(gè)時(shí)分雙工(TDD)頻段。這些頻段是針對(duì)GSM和UMTS而定義的。迄今為止，LTE還沒有分配到任何專用頻譜。LTE是與WCDMA和GSM系統(tǒng)共用頻段，還是重新分配整個(gè)專用頻段，目前都尚無定論。問題是，標(biāo)準(zhǔn)組合數(shù)量的增加會(huì)使目前的研究工作，以及隨之而來的要求和測(cè)試都變得更加復(fù)雜。同樣，缺乏單獨(dú)定義的LTE頻段也會(huì)使LTE早期部署較采用單一頻段部署的GSM和UMTS(W-CDMA)復(fù)雜得多。
雖然LTE頻段仍不確定，但與基礎(chǔ)空中接口相關(guān)的事宜卻變得逐步清晰。在LTE移動(dòng)設(shè)備需要進(jìn)行射頻測(cè)試之際，WiMAX技術(shù)已得到了廣泛的認(rèn)可。WiMAX使用與LTE極為相似的正交頻分復(fù)用(OFDM)下行鏈路。然而，LTE上行鏈路與WiMAX有所不同：LTE上行鏈路使用了單載波頻分多址(SC-FDMA)技術(shù)以降低峰均功率比(PAPR)。這使得LTE測(cè)試具有一些非常特殊的要求。例如，需要根據(jù)TR 36.803發(fā)射機(jī)要求開發(fā)測(cè)試，以消除多種典型的射頻減損，包括I/Q不平衡、PA非線性、示波器相位噪聲、中頻/射頻取樣與混合中的定時(shí)抖動(dòng)。
LTE用戶設(shè)備面臨的另一個(gè)新難題是如何處理它的8個(gè)從1.4到20MHz不等的通道帶寬。這種靈活性雖然豐富了部署選擇，但同時(shí)也提出了新的挑戰(zhàn)，比如如何規(guī)定通道內(nèi)和通道外要求，如何確定與無線電資源管理(如信元選擇/重新選擇和切換)相關(guān)的測(cè)試順序和操作步驟。
由于LTE的通道帶寬可以變化，而且用戶設(shè)備通常只會(huì)分配到通道內(nèi)可用資源模塊的一部分，所以必須對(duì)允許用戶設(shè)備在未使用資源模塊中發(fā)射的能量做出限制。信道內(nèi)測(cè)試的定義和要求仍在討論中，但圖2中的矢量信號(hào)分析儀圖像顯示了其原理。實(shí)際上，OFDM信號(hào)的失真會(huì)產(chǎn)生鏡像噪聲圖像。
圖2：此處顯示的受損OFDM信號(hào)使用發(fā)射機(jī)中的0.1dB IQ增益不平衡失真生成。OFDM信號(hào)的此類失真會(huì)在與中心頻率等距的另一半信號(hào)上生成分配資源模塊的圖像。上部圖像顯示的是子載波功率，下部圖像顯示的是每個(gè)子載波的誤差矢量幅度(EVM)。
另外兩個(gè)與LTE第2層相關(guān)的挑戰(zhàn)分別為分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(PDCP)中的大量數(shù)據(jù)加密和媒體訪問控制(MAC)周轉(zhuǎn)時(shí)間(2毫秒，較HSDPA快6倍)，因此在高吞吐量下進(jìn)行測(cè)試需要重點(diǎn)關(guān)注這兩個(gè)關(guān)鍵方面的問題。
測(cè)試完整的設(shè)備
由于標(biāo)準(zhǔn)不成熟，目前還無法設(shè)計(jì)出完整的設(shè)備測(cè)試解決方案(例如具有實(shí)時(shí)協(xié)議堆棧或程序腳本解決方案的基站仿真器)，需要投入大量資源進(jìn)一步開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)計(jì)此類解決方案最早將在6至12個(gè)月內(nèi)上市，但仍需持續(xù)的修訂，直至標(biāo)準(zhǔn)最終完成。與前幾代無線標(biāo)準(zhǔn)不同，LTE一致性測(cè)試在2008向客戶提供(遠(yuǎn)早于商業(yè)服務(wù))。這將有助于減少新技術(shù)推出過程中常見的互連問題，也意味著測(cè)試設(shè)備提供商必須加快速度推出新的測(cè)試設(shè)備。同時(shí)它還會(huì)促使現(xiàn)有測(cè)試解決方案(用于HSPA+、EDGE演進(jìn)和WiMAX等技術(shù))在最后開發(fā)過程中的重疊。
一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的早日問世將給某些基本測(cè)試帶來幫助，確保其互通性，但與當(dāng)前的一致性測(cè)試類似，它們并不能保證完美的客戶體驗(yàn)。客戶將需要更多的功能測(cè)試和驗(yàn)證，以便對(duì)用戶設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)臉O限測(cè)試。
實(shí)現(xiàn)高峰值數(shù)據(jù)速率
LTE的目標(biāo)是提供高峰值數(shù)據(jù)速率，即單個(gè)天線達(dá)到50Mbps的上行鏈路速率和100Mbps的下行鏈路速率，并可升至170Mbps以上。這些數(shù)字代表了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的上限，實(shí)際速率會(huì)由于用戶設(shè)備的功能而降低。然而，即使速率大幅降低，我們?nèi)悦媾R許多設(shè)計(jì)和測(cè)試挑戰(zhàn)。
實(shí)現(xiàn)LTE峰值數(shù)據(jù)速率需要使用多路輸入/多路輸出(MIMO)技術(shù)。MIMO的性能目標(biāo)將針對(duì)具體的通道條件進(jìn)行定義。盡管這些條件是精心挑選得出的，但仍不能代表實(shí)際狀況。實(shí)際性能與未規(guī)定的天線性能、極化面(polarization aspect)、人的身體和頭帶來的損耗(body and head loss)、不同的機(jī)械使用模式和實(shí)際通道的動(dòng)態(tài)條件有很大關(guān)系。天線性能可能會(huì)因支持多個(gè)頻段的需要而降低。鑒于有這么多不確定的因素，通過規(guī)定“空中”性能以確保用戶獲得滿意的體驗(yàn)是不現(xiàn)實(shí)的。MIMO接收機(jī)一致性測(cè)試將采用直接轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行，但我們還無法說明這個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試與實(shí)際環(huán)境有什么關(guān)系。通過訪問當(dāng)?shù)豅TE網(wǎng)絡(luò)，有可能在適當(dāng)?shù)臈l件下實(shí)現(xiàn)對(duì)MIMO性能的真實(shí)測(cè)試。然而，使用測(cè)試設(shè)備為早期研發(fā)提供可重復(fù)的實(shí)際環(huán)境仿真將會(huì)非常困難。
本文小結(jié)
與任何新技術(shù)一樣，LTE也提出了非常多的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。歷史已證明，挑戰(zhàn)通常會(huì)隨著時(shí)間流逝而變得簡(jiǎn)單。例如，15年前，設(shè)計(jì)人員憑借遠(yuǎn)低于現(xiàn)有水平的計(jì)算能力、設(shè)計(jì)和仿真工具以及測(cè)試設(shè)備幫助GSM發(fā)展成為通信行業(yè)的主流技術(shù)。如今，GSM看起來比后來的技術(shù)都簡(jiǎn)單。LTE有可能會(huì)經(jīng)歷相似的過程。
安捷倫獨(dú)有的LTE“連接解決方案”將安捷倫廣泛的信號(hào)發(fā)生和分析設(shè)備、ESG和MXG矢量信號(hào)發(fā)生器、Agilent MXA信號(hào)分析儀、PSA系列頻譜分析儀、先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)(ADS)仿真環(huán)境及LTE無線程序庫連接到一起，創(chuàng)建出全面的測(cè)試解決方案，幫助研發(fā)工程師更好地迎接新興的LTE技術(shù)。這些測(cè)試解決方案僅僅是LTE設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的開始。隨著協(xié)議的發(fā)展，協(xié)議一致性測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)仿真解決方案也將隨之而來。LTE可能面臨著許多的挑戰(zhàn)，但隨著強(qiáng)大的測(cè)試設(shè)備解決方案更早地推出，這些挑戰(zhàn)將迎刃而解。